ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ Силы взаимодействия

При образовании фермент-субстратных комплексов связывание реагирующих молекул должно осуществляться за счет слабых сил. Более того, поскольку продукты ферментативной реакции, как правило, по своей структуре подобны субстратам и,, кроме того, должны удаляться с поверхности фермента в ходе реакции, образование комплекса должно быть легко обратимым процессом. Основываясь на этих соображениях, а также на известных свойствах белков, можно попытаться, исходя из химической природы субстрата, оценить возможные механизмы его взаимодействия с ферментом. Так, образование комплексов с субстратами белковой природы [c.56]

Такие деформации, безусловно, могут иметь место в силу взаимодействия между субстратом и трехмерной структурой белка и, поскольку последний не является жестким образованием, его структура также будет деформироваться. Деформации стабильных структур основного состояния приводят к тому, что такого рода взаимодействия осуществляются с затратой энергии и понижают общую энергию связывания. Поэтому деформации возможны только в случае значительного положительного связывания с другими частями молекулы субстрата (что, по-видимому, позволяет исключить этот механизм в случае очень маленьких молекул). Все это означает, что общая энергия связывания понижается однако пока она остается достаточно высокой для эффективного связывания, т, е. полного формирования фермент-субстратного комплекса при физиологических концентрациях субстрата, эффективность катализа не уменьшается. [c.528]

Отметим, что физическая природа сил, действующих в адсорбционном центре, не имеет отношения к процессам превращения под влиянием каталитических групп активного центра. В первом случае речь идет об электростатических силах, во втором — о гидрофобных взаимодействиях, однако в фермент-субстратном комплексе происходит один и тот же каталитический процесс — гидролиз пептидной связи. [c.68]

Гормон-рецепторные взаимодействия по сравнению с фермент-субстратными энергетически значительно сильнее. В среднем комплексообразование гормона с рецептором характеризуется изменением свободной энергии на 14 ккал/моль, в то время как образование комплексов активного центра фермента с субстратом протекает с изменением свободной энергии, меньшим чем 6 ккал/моль. Таким образом, разделенные гормон и рецептор обладают заметным запасом свободной энергии. Можно думать, что эта энергия — движущая сила достаточно глубоких изменений в системе, вызванных образованием комплекса гормона со специфическим рецептором. [c.209]

Отдельные этапы взаимодействия фермента и субстрата при ферментативном катализе все более проясняются. В частности, установлено, что за стадией адсорбции субстрата в активном центре фермента наступает узнавание субстратным центром фермента той части молекулы субстрата, которая непосредственно не подвергается химическому преобразованию. За счет возникающих при этом многоточечных контактов, реализующихся в виде сил слабого взаимодействия (гидрофобные, водородные и др.), связь субстрата с ферментом упрочняется. Одновременно с этим в активном центре фермента стабилизируется та часть субстрата, которая в дальнейшем участвует в химической реакции,—она фиксируется в напряженной конфигурации, близкой к переходному состоянию субстрата при превращении его в продукт. В результате реагирующий фрагмент молекулы субстрата и каталитические группы фермента образуют продуктивный комплекс, где уже частично осуществлены электронно-конформационные переходы, необходимые для протекания собственно химической стадии ферментативного процесса. Это приводит к понижению энергии активации, необходимой для осуществления химической реакции, благодаря энтропийному эффекту вследствие иммобилизации, закрепления, жесткой ориентации субстрата в актив- [c.104]

Из уравнения (2.21) видно, что термодинамически эффективность ферментативного катализа определяется разницей свободных энергий межмолекулярного (при образовании комплекса Михаэлиса) и внутримолекулярного (в переходном состоянии реакции) образования связи Е-Я. Следовательно, в количественном отношении кинетическая роль комплексообразования Е Н в ускорении ферментативной реакции представляется несколько иной, чем в кинетическом режиме второго порядка (уравнение 2.19). Однако и здесь движущей силой катализа остается свободная энергия взаимодействия Е-Н именно в переходном состоянии реакции (а не в промежуточном комплексе). Действительно, чем более термодинамически выгодным будет внутримолекулярное взаимодействие Е-К в активированном состоянии (чем более отрицательные значения примет величина АОз внутр). тем более благоприятным должно быть отношение VI/ии для ферментативной реакции [см. (2.21)]. Это связано с тем (см. рис. 12), что барьер свободной энергии активации ферментативной реакции (ДО/. внутр) в этом случае уменьшается (по сравнению с ДОи) и, следовательно, скорость процесса [уравнение (2.20)] возрастает. Наоборот, при заданном значении ДО .ппутр термодинамически более благоприятное взаимодействиеЕ -Н в исходном состоянии реакции (фермент-субстратный комплекс ХЕ-КУ) будет тормозить ее протекание. Так, более отрицательные значения Д(3 приводят к неблагоприятным значениям VI /иц в отношении ферментативного процесса [уравнение (2.21)]. Это связано с тем, что активационный барьер Д01% утр (см. рис. 12), определяющий скорость превращения фермент-субстратного комплекса [уравнение (2.20)], при этом возрастает. [c.41]

Таким образом, в образовании истинных фермент-субстратных комплексов могут участвовать силы молекулярного взаимодействия практически всех типов, характерных для белков, за исключением, быть может, ковалентного связывания. Следует также отметить, что при связывании некоторых кофакторов резко увеличивается способность фермента к связыванию субстрата например, при координировании или хелатированни иона металла может создаваться мощный катионный центр. [c.60]

К белковым веществам относятся ферменты, или энзимы, выполняющие в живом организме функцию катализаторов высокой селективности и работающих при очень мягких условиях. Это избирательное действие обусловлено комплиментарностью структур реагирующего субстрата и фермента — тем, что заряд или выступающая группа на поверхности одного из них отвечает противоположному заряду или полости у другого (принцип ключа к замку — см. рис. 48). Вследствие этого молекулы фермента и субстрата настолько сближаются, что резко возрастает эффективность межмолекулярных сил, противостоящих тенденции молекулярно-кинетического движения разъединить взаимодействующие частицы, происходит специфическая адсорбция (образование фермент-субстратного комплекса). Те же силы могут играть существенную роль в самом возникновении структурного соответствия между субстратом и ферментом. [c.245]

Хотя в некоторых случаях напряжение представляет собой истинную деформацию субстрата, зачастую оно вообще не сопровождается искажением структуры последнего. Такая ситуация возникает либо в том случае, когда между субстратом и ферментом имеются неблагоприятные взаимодействия, устраняющиеся в переходном состоянии, либо когда при образовании переходного состояния возникает дополнительное взаимодействие, не реализующееся в фермент-субстратном комплексе. В обоих случаях существуют силы, изменяющие структуру субстрата, с тем чтобы приблизить ее к структуре переходного состояния. Поскольку нековалентные взаимодействия довольно слабые (за исключением вандерваальсовых сил отталкивания), а ферменты и субстраты — достаточно гибкие молекулы, трудно ожидать, что взаимодействие фермента с субстратом приведет к деформации последнего. Может иметь место лишь поворот групп субстрата относительно простых связей (как, например, при конформационных изменениях субстратов лизоцима), растяжение же этих связей или их деформация вряд ли возможны, поскольку это требует больших энергетических затрат. Энергии связывания вполне достаточно для деформации субстрата, однако для использования этой энергии необходимо, чтобы ее значение существенно изменялось на очень коротком расстоянии, т. е. чтобы образовалась сильная связь. На основании энергетических расчетов Левитт пришел к следующему выводу Небольшие изменения конформации субстрата, приводящие к существенным изменениям энергии напряжения, не могут быть вызваны связыванием с ферментом [8, 36]. Кроме того, он предположил, что самые большие по величине силы, которые принимают участие в деформации субстрата, не превышают 12 кДж-(моль-А)- [3 ккал-(моль-А)- ], что приводит к смещению атомов на 1 А. Деформация может иметь место лишь в предельных случаях, и обычно напряжение определяется тонко [c.323]

Подобные рассуждения приложимы и к электростатическим взаимодействиям. Ионные пары между моновалентными ионами существенны в неполярных растворителях, однако их стабильность в воде мала. Значительные эффекты наблюдаются в том случае, когда один из ионов является полиэлектролитом 85], в этом случае могут образовываться стабильные комплексы с полиэлектролитами противоположного заряда. Полилизин, например (поликатион при нейтральном pH), образует нерастворимый комплекс с ДНК (полианионом) 86]. Во многих внутрибелковых и фермент-субстратных взаимодействиях электростатические силы усиливают водородные связи, как в солевом мостике СО НзМ описанном выще для химотрипсина, а также в случае бифункциональных взаимодействий (52) между карбоксилат- или фосфат-анионом и гуанидиновой группой аргинина, наблюдаемых, например, в активном центре креатинкиназы [87]. [c.504]

Для объяснения этих фактов активный центр химотрипсина представляют обычно (в развитие идей школы Нимэнна [55, 64]) состоящим из участков, комплементарных по отношению к отдельным фрагментам молекулы специфического субстрата [7, 59, 65]. Движущая сила сорбции фрагмента К на ферменте — это гидрофобное взаимодействие. Фактически образование комплекса фермент — субстрат обусловлено тем, что боковая гидрофобная субстратная группа подвергается термодинамически выгодной экстракции из воды в органическую среду белка (см. 4—6 этой главы). Молекулярная модель активного центра была предложена Блоу с сотр. [66] на основании результатов рентгеноструктурного анализа кристаллического химотрипсина (см. рис. 9). Размеры гидрофобной полости в районе активного центра составляют (10—12) х(5,5—6,5)Х(3,5—4) А. Эти размеры достаточны, чтобы вместить боковую цепь триптофана или тирозина, но вместе с тем форма полости делает возможной только лишь одну, строго определенную ориентацию плоскости ароматического кольца. [c.134]